氧同位素浓缩方法

专利名称：氧同位素浓缩方法
技术领域：
本发明涉及浓缩氧同位素的方法，更具体而言，涉及一种通过使用臭氧光解离反应或者过氧化物解离反应，选择性浓缩稳定的氧同位素17O和/或18O，这些以非常小的天然丰度存在的同位素的方法。
背景技术：
由于17O和18O这两种在化学和医学领域用作示踪剂的氧同位素是以非常小的天然丰度存在的，必须将它们浓缩。已知的浓缩18O方法由以下组成通过用激光照射包含18O的饱和链醚而将其选择性光解离，获得包含18O的产物(例如，参考日本审查专利申请，第二次公开6-102134)。其他方法包括通过用激光照射甲醛或一氧化碳来选择性浓缩18O的方法。
但是，出于例如浓缩率低，有助于反应的光的利用效率低，激光发光效率低以及必须进行后处理以提取浓缩的化学种类的原因，现有技术的方法还没有实现工业化。尽管已经提出了使用蒸馏方法来浓缩氧同位素，但是为了提高浓缩度却遇到了例如设备体积增加和设备启动时间非常长的问题。
因此，本发明的目的是提供一种浓缩氧同位素的方法，该方法能够浓缩处于稳定的17O或18O氧同位素状态的氧同位素，或者能够浓缩存在于具有简单分子结构的物质例如水中的氧同位素。

发明内容
为了达到上述目的，本发明的氧同位素浓缩方法包括(a)臭氧光解离步骤，其中将包含氧同位素17O和/或18O的臭氧分子选择性地光解离成氧分子；从而形成氧分子和未解离的臭氧分子的混合物，接着是(b)氧同位素浓缩步骤，其中将氧分子从混合物中分离出来，从而浓缩氧同位素。更具体而言，本发明包括(A)臭氧形成步骤，其中从原料氧制造臭氧，从而形成所制造的臭氧和原料氧的混合物，(B)臭氧分离步骤，其中将所制造的臭氧从混合物中分离出来，(C)臭氧光解离步骤，其中将包含氧同位素17O和/或18O的臭氧分子选择性地光解离成氧分子；从而形成氧分子和未解离的臭氧分子的混合物，以及(D)氧同位素浓缩步骤，其中将氧分子从步骤(C)中获得的混合物中分离出来，从而浓缩氧同位素。
还可以分两阶段将不同的氧同位素浓缩(E)第二臭氧光解离步骤，其中将包含与步骤(D)中分离出来的氧同位素不同的氧同位素的未解离臭氧分子光解离成氧分子，从而产生氧分子和未解离臭氧分子的混合物，和(F)第二氧同位素浓缩步骤，其中将氧分子从步骤(E)中获得的混合物中分离出来，从而浓缩与步骤(D)中分离的氧同位素不同的氧同位素。
本发明的氧同位素浓缩方法还可以包含氧同位素浓缩步骤，其中在光解离步骤(a)或(B)中，在加入了氪、氙或氡中至少一种稀有气体之后，用光照射臭氧，从而产生氧分子、未解离臭氧分子和稀有气体的混合物；并且将臭氧光解离步骤中获得的氧分子从混合物中分离出来。
在本发明的氧同位素浓缩方法中，氧同位素浓缩步骤(b)或(D)可以是蒸馏，其中加入氦、氖或氩中的至少一种稀有气体用于氧同位素浓缩步骤。
本发明中，在步骤(A)中将选自氦、氖、氩或氪的至少一种稀有气体加入到原料氧中。
本发明中，进行(G)臭氧消除步骤，其中将步骤(D)后残余的未解离臭氧分子分解成氧分子，从而形成氧分子和稀有气体的混合物，和(H)稀有气体分离步骤，其中将稀有气体从步骤(G)中获得的混合物中分离出来，并且将步骤(H)中分离出来的稀有气体再循环用于步骤(A)中。
本发明中，(E’)第二臭氧光解离步骤，其中将臭氧同位素体(isotopomer)分子，这些分子不同于步骤(C)中解离的那些臭氧同位素体分子，光解离成氧分子，从而产生氧分子和未解离臭氧分子的混合物，和(F’)第二氧同位素浓缩步骤，其中将步骤(E’)中获得的氧分子从步骤(E’)中产生的混合物中分离出来，从而浓缩所分离出的氧分子中的第二种氧同位素。
在本发明的氧同位素浓缩步骤中，在臭氧光解离步骤(a)或(C)中使用的光优选是700-1000nm范围内的光或者450-850nm范围内的光。特别地，更优选用于臭氧光解离步骤中的光的波长在991.965到992.457nm的范围之内。还优选通过在臭氧光解离步骤(a)或(C)中施加电场来调节臭氧的吸收波长。同样优选在低温和低压下进行臭氧光解离步骤(a)或(C)。
上述的臭氧同位素体有18种，由16O16O16O、16O16O17O、16O17O16O、16O16O18O、16O18O16O、16O17O17O、17O16O17O、16O17O18O、17O16O18O、16O18O17O、17O17O17O、16O18O18O、18O16O18O、17O17O18O、17O18O17O、17O18O18O、18O17O18O和18O18O18O组成。
本发明中，可以通过光照包含这些各种同位素体混合物的臭氧分子，将包含所需氧同位素17O或18O的氧分子光解离。
例如，当用光照射16O16O17O同位素体时，依照下面显示的反应式，从两分子的臭氧产生三分子的氧。
(1)(2)在该反应中，组成在反应式(1)中被光解离的臭氧的17O或者是以“O2”形式或者是以“O”形式包含的。由于如反应式(2)所示，“O”立即和其他臭氧反应形成两分子的氧，这意味着17O存在于反应式(1)和(2)中形成的三分子氧其中之一中。尽管存在反应式(2)中反应的臭氧中还包含17O或18O的可能性，但是这种可能性非常小，因而其量可以忽略。
臭氧的键裂解能为1.05eV，并且臭氧在吸收波长为1.18μm或更小的光的过程中分解。已知臭氧的光吸收发生在如下所示的谱带中Wulf谱带 700-1000nm(1.2-1.8eV)近红外谱带Chappius谱带 450-850nm(1.5-2.8eV)可见谱带Huggins谱带300-360nm(3.4-4.1eV)紫外谱带Hartly谱带 200-300nm(4.1-6.2eV)紫外谱带即使在这些谱带中，根据文献(Journal of Chemical Physics，Vol.108，No.13，5449-5475页)，在Wulf谱带的1000nm波长(波数10000cm-1)附近也观察到如图1所示的尖锐吸收峰。图1显示了16O3(16O16O16O)和18O3(18O18O18O)的光学吸收。可以看出16O3的最大峰在10081cm-1波数(波长991.965nm)处，同时可以看出18O3的最大峰在10076cm-1波数(波长992.457nm)处。因此，可以有效解离包含17O或18O的臭氧同位素体的波长位于这两个波长之间，并且可以看出通过在此范围内选择波长，可以选择性地解离所需的臭氧。
尽管可以使用其他的吸收峰，但是考虑到臭氧的解离效率，上述范围是最佳的。特别是，这种处于近红外或可见谱带中的光，与使用紫外谱带的光的情况相比，具有更容易掌握的优势。如果使用高能级的紫外光，除了目标臭氧同位素体外，其他臭氧同位素体也可能被解离而终止，从而降低了氧同位素的浓缩效率。
在因光源略微偏离所需的臭氧解离波长而使选择性解离效率低的情况下，由于可以利用斯塔克效应，通过在光照射时向臭氧施加电场而使臭氧的吸收波长发生位移，可以使臭氧的吸收波长和光源的波长精确匹配。
可用于获得这种波长的光的光源实例包括阳光的光谱光以及有色激光，所述的有色激光能够用InGaAsP半导体激光器或发光二极管、AlGaInP半导体激光器或发光二极管、GaAsSb半导体激光器或发光二极管、CdZnTe半导体激光器或发光二极管、CdZnSe半导体激光器或发光二极管、汞灯、YAG激光器、Ar离子激光器或Kr离子激光器进行光泵浦。
当用光照射臭氧时，优选在低压下，例如在13kPa(100托)或更低压力下进行光照射，以延长臭氧分子的平均自由行程并尽可能地抑制分子碰撞。结果，可以避免由分子碰撞造成的光吸收宽度增加。为了抑制臭氧的自发解离，优选不仅在用光照射臭氧的过程中进行冷却，而且将整个系统冷却到低温，例如冷却到100-250K的范围内。结果，除了使吸收峰更加尖锐外，还可以抑制通过自发解离而形成氧，从而可以提高包含氧同位素的氧的浓缩率。
通过臭氧发生器对用作原料的氧进行无声放电，或者通过用来自汞灯等的紫外光照射，可以很容易地形成臭氧。尽管优选使用包含尽可能少的杂质例如氩和氮的高纯度氧作为原料氧，但是如果在分离臭氧和氧时可以适当地分离这些杂质，则也可以使用纯度约99.5％的工业用氧作为原料氧。
用本发明浓缩方法浓缩的由17O或18O组成的氧，以及用其他方法浓缩的由17O或18O组成的氧可用作原料氧。
通过如下方法可以容易地进行臭氧和氧的分离或者氧、臭氧和稀有气体的分离利用它们沸点的差异进行低温蒸馏，或者利用它们对吸附剂例如硅胶的吸附差异进行低温吸附。
例如，如图2的系统框图所示，实施本发明的最佳设备构造拥有臭氧形成单元11，用于从原料氧GO形成臭氧；臭氧分离单元12，用于分离用臭氧发生单元形成的臭氧OZ和原料氧；臭氧光解离单元13，该单元用特定波长的光L照射由臭氧分离单元12分离出的臭氧，并且选择性地将分子中含有特定氧同位素的臭氧降解成氧；以及氧分离单元14，该单元分离由臭氧光解离单元13中臭氧降解形成的氧OC和未解离的臭氧OZ，以浓缩氧中的所需氧同位素。
实施本发明的设备构造还可以拥有第二臭氧光解离单元15，该单元用光L照射由氧分离单元14分离出的臭氧OZ，并且选择性地将分子中含有与臭氧光解离单元13解离的臭氧不同的氧同位素的臭氧降解成氧；以及第二氧分离单元16，该单元分离在第二臭氧光解离单元15中臭氧解离形成的氧OC2和未解离的臭氧OZ2，以浓缩氧中的氧同位素。
通过提供管线，将臭氧分离单元12分离出的氧GO循环并输入至臭氧形成单元11中，可以减少原料氧的消耗量。优选臭氧光解离单元13拥有冷却单元和减压单元。
在使用臭氧浓缩氧同位素的情况下，尽管考虑到光的照射效率和浓缩效率，优选使用纯度尽可能高的臭氧，但是由于具有催化作用的金属表面的催化，高纯度臭氧的使用可能导致自发解离。如果由于臭氧的自发解离而大量形成不含所需氧同位素的氧，这种氧可能造成上述氧同位素浓缩步骤中浓缩率的显著下降。
作为本发明浓缩氧同位素的另一种方法，为了预先防止由于臭氧自发解离造成的氧同位素浓缩率的任何下降，可以将合适数量的稀有气体加入到臭氧中以降低臭氧浓度。
由于稀有气体(氦、氖、氩、氪、氙和氡)对臭氧光解离步骤中的臭氧光化学反应几乎没有任何影响，即使用这些稀有气体稀释臭氧，仍可以选择性地解离特定的臭氧。另外，通过用稀有气体稀释臭氧，该臭氧的处理与高纯度臭氧相比变得更简单。
可以用各个步骤的任意设备进行臭氧和稀有气体的混合，并且应当加入合适数量的适合于各个步骤的稀有气体。此时，低温下凝固的稀有气体、在应该是气态的位置处冷凝的稀有气体以及在应该是液体的位置处汽化的稀有气体都是不合适的，并且应当根据操作压力和操作温度来选择稀有气体。在氧同位素浓缩步骤和臭氧分离步骤使用低温蒸馏分离的情况下，尽管应当通过在臭氧侧的液相中包含合适数量的稀有气体以确保臭氧不达到高浓度，但是为了获得蒸馏方法应当的上升气体和下降液体，可以组合使用浓缩于气相侧的稀有气体。在收集和重新使用稀有气体的情况下，优选选择在稀有气体分离步骤中容易与氧分离的稀有气体，但是，不优选在臭氧形成步骤中使用氙和氡，因为它们通过和氧反应形成不稳定的化合物，该氧是由臭氧发生器无声放电或者来自汞灯等的紫外光照射而产生的。
用于实施本发明的氧同位素浓缩设备可以拥有臭氧光解离单元，该单元用光照射稀有气体-臭氧混合气体，所述混合气体包含臭氧和选自氪、氙和氡的至少一种稀有气体，并且选择性地将分子中含有特定氧同位素的臭氧降解成氧；以及氧同位素浓缩单元，该单元将臭氧光解离单元中从臭氧分离出的氧和未解离的臭氧分离，从而浓缩存在于分离出的氧中的氧同位素。
本发明再一种氧同位素浓缩方法包括用半导体激光器激光光解离过氧化物，从而提高光反应产物中的氧同位素浓度。
过氧化物的实例包括至少一种有机过氧化物，例如氢过氧化物如HOOH和(CH3)3COOH，(二)烷基过氧化物如CH3OOCH3、C2H5OOC2H5和(CH3)3OO(CH3)3，包括过酸的过氧酸如HCOOOH和CH3OOOH，(二)酰基过氧化物如CH3OOCOOCH3和 过氧化酯如CH3OOOC(CH3)3、(CH3)2CHCOOOC(CH3)3和(CH3)3C-COOOC(CH3)3，过氧化碳酸酯如(CH3)3COOCOOCH(CH3)2，过氧化二碳酸酯如
二过氧化碳酸酯如i-PrO-COOOCOO-i-Pr(i-Pr异丙基)，过草酸酯，环状过氧化物，臭氧化物和内过氧化物如 或者至少一种亚硝酸酯如亚硝酸甲酯和亚硝酸乙酯，或者硝酸酯如硝酸甲酯或硝酸乙酯。
可以用选自四氯化碳、丙酮、乙酸、己烷、甲苯和含氯氟烃的至少一种溶剂，或者含有双键的有机物来稀释上述过氧化物，并且上述的解离是预解离的。
作为这种方法的更具体的实例，该方法还包括(I)汽化步骤，其中将通过用溶剂稀释含有O-H键、O-O键、C-O键或C＝O键的过氧化物而制备的溶液在减压条件下汽化，然后输送到光反应室中；(II)光解离步骤，其中将光反应室中的过氧化物用半导体激光器激光照射，该激光具有足以解离过氧化物的光子能且其波长和O-H键、O-O键、C-O键或C＝O键的吸收光谱中的一个相一致，从而光解离该过氧化物；和(III)步骤(II)的光反应产物的净化步骤，从而以一种分子种类形式浓缩17O或18O。


图1是显示臭氧吸收光谱的附图。
图2是显示用于实施本发明方法的设备构造的一个实例的系统框图。
图3是显示本发明氧同位素浓缩设备的第一实施方案的系统框图。
图4是显示本发明氧同位素浓缩设备的第二实施方案的系统框图。
图5是显示本发明氧同位素浓缩设备的第三实施方案的系统框图。
图6是显示本发明氧同位素浓缩设备的第四实施方案的系统框图。
图7是显示本发明氧同位素浓缩设备的第五实施方案的系统框图。
图8是显示本发明氧同位素浓缩设备的第六实施方案的系统框图。
参考符号简述11臭氧形成单元12臭氧分离单元13臭氧光解离单元14氧分离单元15第二臭氧光解离单元16第二氧分离单元21臭氧发生器22第一蒸馏塔23冷凝器24再沸器25热交换器26缓冲罐27鼓风机31光源32光反应室33第二蒸馏塔34冷凝器35再沸器36热交换器51-56管线57阀门
58管线59阀门61-64管线111臭氧形成单元112臭氧分离单元113臭氧光解离单元114氧同位素浓缩单元115-116管线117-119稀有气体进料管线121第二臭氧光解离单元122第二氧同位素浓缩单元123臭氧分解单元124稀有气体回收单元125-126管线131管线211净化器212光反应室213冷阱214真空泵215蒸馏器221-228管线具体实施方式
图3是显示本发明氧同位素浓缩设备的第一实施方案的系统框图。这种浓缩设备拥有臭氧发生器21，用于从原料氧获得臭氧；第一蒸馏塔22，该蒸馏塔分离用臭氧发生器21形成的臭氧和原料氧；冷凝器23，用于提供第一蒸馏塔22中低温蒸馏过程需要的冷量；再沸器24，用于产生第一蒸馏塔中的上升气体；热交换器25，用于将第一蒸馏塔排出气体的冷量回收在第一蒸馏塔原料气中；缓冲罐，用于临时储存第一蒸馏塔排出的气体；以及鼓风机27，用于循环和进料缓冲罐26中的第一蒸馏塔排出气体到臭氧发生器21中。
从臭氧浓缩包含特定同位素的氧的设备拥有光反应室32，用于通过来自光源31的光照射而将特定的臭氧同位素体分离成氧；第二蒸馏塔33，该蒸馏塔将光反应室32中形成的氧和未解离的臭氧分离，以浓缩氧中的氧同位素；冷凝器34，用于产生第二蒸馏塔33中低温蒸馏过程需要的冷量；再沸器35，用于产生第二蒸馏塔中的上升气体；和热交换器36，用于将第二蒸馏塔排出气体的冷量回收在第二蒸馏塔原料气中。
一部分原料氧，这部分原料氧由管线51供应并且已经和来自管线52的循环氧合并，在臭氧发生器21中通过无声放电被臭氧化，变成臭氧-氧混合气体，并且在热交换器25中将该气体冷却后，通过管线53将其输送到第一蒸馏塔22的中间段。通过用位于第一蒸馏塔上方的冷凝器23形成的回流液体和位于第一蒸馏塔下方的再沸器24中形成的上升气体，对这种臭氧-氧混合气体进行蒸馏，并且使氧气和液化臭氧分别在第一蒸馏塔22的顶部和在第一蒸馏塔22的底部分离。从第一蒸馏塔排放到管线54中的氧有一部分分流到冷凝器23，而剩余部分在通过管线55后临时储存在缓冲罐26中，此后用鼓风机26压缩这部分氧，将其循环并通过管线52输送到臭氧发生器21中。
从第一蒸馏塔22底部排放至管线56的臭氧有一部分分流到再沸器24，而剩余部分在通过阀门57后以气态输送到光反应室32中。通过光源31的光照射，存在于该臭氧中的特定同位素体被解离成氧，并且由解离的氧和未解离的臭氧组成的臭氧-氧混合气体通过阀门59从管线58引出。在光反应室32内部，为了以稳定状态有效地进行臭氧的特定同位素体的解离，在将压力降低到13kPa或更低的同时，将光反应室内部冷却到100-250K的温度范围内。可以根据臭氧的解离状态适当地调整压力和温度，并且应当至少将光反应室32和两侧的阀门57及59之间的区域保持在不造成臭氧液化或凝固的预定压力和预定温度范围内。
将管线58的臭氧-氧混合气体在用热交换器36冷却后输送到第二蒸馏塔33的中间段，并且类似于上述第一蒸馏塔21，通过来自冷凝器34的回流液体和来自再沸器35的上升气体进行蒸馏，使臭氧在塔的下部分离而含有特定氧同位素的氧气在塔顶部浓缩。将含有特定同位素的氧气从第二蒸馏塔33顶部排放到管线61中，在部分气体分流到冷凝器34后，将其从管线62以产物形式回收。在从第二蒸馏塔33底部排放至管线63的臭氧的一部分分流到再沸器35后，将剩余部分在通过热交换器36后输送到管线64。
通常将管线64的臭氧在通过使用催化剂等的臭氧光解离单元解离成氧后排出。还可以将管线64的臭氧输送到第二光反应室(未显示)中，该光反应室是在上述光反应室32之外单独提供的，用作第二光解离单元，可以解离与光反应室32中所解离的同位素体不同的同位素体，而且可以将通过该解离反应形成的含同位素的氧从臭氧中分离出来，并使用蒸馏塔形式等的第二氧分离单元进行浓缩。
尽管各个蒸馏塔的操作条件是任意的，但是因为如果氧进入光反应室，则含所需同位素的氧气浓度下降，优选获得处于尽可能不含氧的状态的臭氧。可以使用合适温度下的氮或氩作为供应到冷凝器的冷却源和供应到再沸器的加热源。还可以使用合适温度下的氮或氩来冷却光反应室。可以通过在光反应室下游合适的管线中安装真空泵，或者通过使用液氮等的液化而降低压力，来降低包含光反应室的系统的内部压力。应当选择没有显示出对臭氧有反应性或催化作用的材料作为装置的材料，通常优选使用玻璃或氟树脂(聚四氟乙烯)等。
当通过使用具有图3所示构造的浓缩设备来浓缩17O，每年生产10kg(以H2O计)时，每条管线中工艺流速等的计算值显示在表1中。使用其中17O和18O已经通过蒸馏而浓缩的氧气作为原料氧。选择16O17O18O作为用于在光反应室中降解的同位素体。使用波长为992nm的激光作为降解该同位素体用的光。将激光器输出设置到1.0W，将吸收横截面积设置为3.0×10-23cm2。光反应室中的压力为13kPa(100托)，且温度为200K。光程长度为40m，保持时间为100秒，光利用率为0.0019，目标同位素体的产率为0.90，而与目标同位素体解离同时产生的其他同位素体非选择性解离的量相对于目标同位素体的值为1时为3.3。此时17O的浓缩率为10.8。臭氧发生器消耗的能量为3.0kW。
表1


下面，在使用高纯度氧作为原料氧每年生产10kg(以H2O计)的情况下，每条管线中工艺流速等的计算值显示在表2中(日本专利申请2003-57439，表2)。选择16O16O17O作为目标同位素体。使用波长为922nm的激光作为降解该同位素体用的光。将激光器输出设置为2.2W，将吸收横截面积设置为3.0×10-23cm2。光反应室中的压力为13kPa(100托)，且温度为150K。光程长度为40m，保持时间为100秒，光利用率为0.0003，目标同位素体的产率为0.90，而与目标同位素体解离同时产生的其他同位素体非选择性解离的量相对于目标同位素体的值为1时为10。此时17O的浓缩率为85.4。臭氧发生器消耗的能量为6.7kW。
表2


图4是显示氧同位素浓缩设备的第二实施方案的系统框图。该图显示了在浓缩设备之前的阶段，提供有用于获得稀有气体-臭氧混合气体的装置的设备构造的一个实例。
这种浓缩设备，该设备在拥有臭氧形成单元111，用于从原料氧GO形成臭氧；臭氧分离单元112，用于将含有臭氧形成单元111中形成的臭氧的原料氧分离成臭氧OZ和原料氧RO；臭氧光解离单元113，用于通过用特定波长的光L照射臭氧分离单元112中分离的臭氧OZ，将分子中含有特定氧同位素的臭氧选择性地降解成氧；氧同位素浓缩单元114，用于将臭氧光解离单元113中臭氧解离形成的氧OC和未解离的臭氧OZ分离，以浓缩该氧中的所需氧同位素；同时还拥有管线115，用于将原料氧输送至臭氧形成单元111中；管线116，用于将臭氧形成单元111中形成的含臭氧的氧输送到臭氧分离单元112；或者稀有气体进料管线117、118和119，用于将选自氦、氖、氩、氪、氙和氡的至少一种稀有气体输送到浓缩臭氧的臭氧分离单元112的至少一个合适的位置处，用作臭氧稀释用的稀有气体RG。
在上述三种稀有气体进料管线117、118和119中的稀有气体进料管线117中，将氙和氡以外的稀有气体，因为氙和氡在臭氧形成单元111(臭氧形成步骤)有氧化或分解的危险，单独或者以多个种类形式混合并加入到原料氧中。在稀有气体进料管线118中，优选加入可以与臭氧分离单元112中(臭氧分离步骤)分离的臭氧一起供应到臭氧光解离单元113的稀有气体，即在蒸馏分离步骤和低温吸附步骤中在臭氧侧浓缩的稀有气体。
考虑到臭氧分离单元112操作的容易度，还可以加入氦、氖或氩。由于稀有气体进料管线119是用于将用来获得稀有气体-臭氧混合气体的稀有气体送到臭氧光解离单元113的管线，所以在臭氧分离单元112中臭氧侧浓缩的稀有气体(氪、氙和氡中的至少一种)是通过该管线输送的。
如此，通过进行臭氧光解离步骤，其中将具有低臭氧浓度的稀有气体-臭氧混合气体供应到臭氧光解离单元113，并用特定波长的光照射，以通过光解离，将其分子中含有特定氧同位素的臭氧同位素体选择性地降解成氧，可以抑制由自发解离造成的臭氧损失以及由与所形成的氧的碰撞造成的臭氧解离造成的臭氧损失，从而可以有效地获得含有特定氧同位素的氧。
在氧同位素浓缩单元114中(氧同位素浓缩步骤)，由于当将在臭氧光解离单元113中从臭氧分出的氧与未解离的臭氧分离时，上述稀有气体例如氪、氙和氡是以与臭氧分离单元112相同的方式在臭氧侧浓缩的，所发在氧侧几乎没有这些稀有气体的任何浓缩，从而可以获得高浓度的含有特定氧同位素的氧。
设备还可以只由臭氧光解离单元113和氧同位素浓缩单元114组成，而不提供臭氧形成单元111和臭氧分离单元112，通过制造与由氪、氙和氡组成的至少一种稀有气体预混的臭氧，并将该稀有气体-臭氧混合气体输送到臭氧光解离单元113中。
图5是显示本发明浓缩设备的第三实施方案的系统框图。在如下解释中，使用相同的参考符号表示和先前所述第二实施方案中所示浓缩设备中的构成部分相同的构成部分，而省略其详细解释。
这种氧同位素浓缩设备拥有臭氧形成单元111，该单元进行无声放电或者用汞灯等照射稀有气体-原料氧混合气体，该混合气体的形式为从管线115输送的原料氧GO、从稀有气体进料管线117循环并输送的氪和从管线126循环并输送的循环原料氧RO的混合物形式；臭氧分离单元112，该单元将从臭氧形成单元111输送到管线116的稀有气体-臭氧-原料氧混合气体分离成原料氧RO和稀有气体-臭氧混合气体OR，原料氧RO循环到管线126，而混合气体OR被供应到臭氧光解离单元113；臭氧光解离单元113，该单元通过用特定波长的光L照射在臭氧分离单元112中分离的稀有气体-臭氧混合气体OR，将特定的臭氧同位素体选择性地降解成氧；氧同位素浓缩单元114，该单元将臭氧光解离单元113中臭氧解离形成的氧OC1与由未解离臭氧和稀有气体组成的稀有气体-臭氧混合气体OR1分离，以浓缩存在于分离出的氧OC1中的上述氧同位素；第二臭氧光解离单元121，该单元用波长与上述臭氧光解离单元113中使用的光L1不同的光L2照射在氧同位素浓缩单元114中分离的稀有气体-臭氧混合气体OR1，将与上述臭氧光解离单元113中使用的臭氧同位素体不同的同位素体降解成氧；第二氧同位素浓缩单元122，该单元将第二臭氧光解离单元121中臭氧解离形成的氧OC2与由未解离臭氧和稀有气体组成的稀有气体-臭氧混合气体OR2分离，以浓缩上述氧OC2中的特定氧同位素；臭氧分解单元123，用于通过将臭氧降解成氧，分解第二氧同位素浓缩单元122中分离的稀有气体-臭氧混合气体OR2中包含的臭氧；稀有气体回收单元，该单元将从臭氧分解单元123输送的氧和稀有气体的稀有气体-氧混合气体OR3分离成氧WO和稀有气体RG，以回收分离的稀有气体于上述稀有气体进料管线117中；管线125，用于将稀有气体补充到稀有气体进料管线117；以及管线126，该管线将上述臭氧分离单元112中分离的循环原料氧RO循环并输送到上述臭氧形成单元111。
优选将通过低温蒸馏分离步骤分离氧和稀有气体-臭氧混合气体的蒸馏塔用于上述臭氧分离单元112，氧同位素浓缩单元114和第二氧同位素浓缩单元122。尽管每个蒸馏塔的操作条件是任意的，但是应当优选臭氧侧包含尽可能少的氧。另外，可以使用合适温度下的氮、氩或氧作为供应到冷凝器的冷却源和供应到再沸器的加热源。
可以将拥有特定光源的光反应室用于臭氧光解离单元113和第二臭氧光解离单元121，并且当冷却光反应室时，可以使用合适温度下的氮、氩或氧作为冷却源。当降低包含光反应室的系统内部压力时，可以通过在光反应室下游的合适管线中安装真空泵，或者通过使用液氮等液化来降低压力，来进行减压。
热解离或催化解离可以在臭氧分解单元123中使用，该单元解离全部的残余臭氧。可以将使用低温蒸馏的蒸馏塔或者使用吸附剂的吸附分离设备用作稀有气体回收单元124。优选使用对臭氧没有反应性或催化作用的材料例如玻璃或氟树脂(聚四氟乙烯)，作为该设备的材料。
将从管线115供应的原料氧GO以与从稀有气体进料管线117供应的稀有气体(氪)RG及从管线126供应的循环原料氧RO合并而得到的状态输送到臭氧形成单元111中。在臭氧发生器等形式的臭氧形成单元111中，通过无声放电将部分原料气体GO臭氧化，导致形成稀有气体-臭氧-原料氧混合气体，将该混合气体输送到臭氧分离单元112中。在使用蒸馏塔作为臭氧分离单元112的情况下，将混合气体在用热交换器冷却到预定温度之后输送到蒸馏塔的中间段。在蒸馏塔中通过低温蒸馏分离步骤蒸馏进入蒸馏塔的稀有气体-臭氧-原料氧混合气体，导致在塔顶部的氧的浓缩和在塔下部的臭氧和稀有气体浓缩。浓缩在塔顶部的氧变成循环原料氧RO，然后在通过管线126之后循环到臭氧形成单元111的上游侧。
将从臭氧分离单元112排出的稀有气体-臭氧混合气体OR以气体形式输送到臭氧光解离单元113中，用光L1解离臭氧中的特定同位素体，并依照上述反应式(1)和(2)形成氧。使臭氧光解离单元113的内部处于低温和低压(例如，100-250K和13kPa或更低)，以确保可以以稳定状态有效地进行特定臭氧同位素体的解离。可以对应于臭氧解离状态，在没有臭氧或稀有气体液化或凝固的范围内适当地调整温度和压力。
由于从臭氧分离单元112排出的臭氧是用稀有气体稀释的，从而降低由于和具有催化作用的金属表面接触而自发解离的可能性。根据上述反应式(1)和(2)，由于从两分子臭氧生成三分子氧的反应是放热反应，所以通过解离形成的氧分子在统计上具有大量动能，因而作为氧分子和臭氧分子碰撞的结果，能够将臭氧分子分解成氧。由于这种通过与氧分子碰撞而进行的臭氧分子解离是非选择性发生的，尽管有所需氧同位素包含在臭氧分子解离得到的氧中的可能性，但是这种可能性非常小，并且通过光L1照射解离得到的含有所需氧同位素的氧通过被稀释而终止(ends up beingdiluted)。但是，通过将稀有气体混合到臭氧中，由于具有大量动能的氧分子通过和稀有气体碰撞而消耗了它们的动能，可以降低氧分子和臭氧分子碰撞造成的臭氧分子被解离的可能性。因此，可以抑制不含所需氧同位素的氧的生成，从而提高所需氧同位素的浓缩率。
在氧同位素浓缩单元114中，通过例如低温蒸馏的分离工序，将包含在臭氧光解离单元113中从臭氧解离的氧的稀有气体-臭氧-氧混合气体分离成氧OC1和稀有气体-臭氧混合气体OR1，导致其中氧OC1中包含所需氧同位素的氧被浓缩的状态。将在氧同位素浓缩单元114中分离的稀有气体-臭氧混合的气体OR用光L2照射，该光具有与上述第二臭氧光解离单元121中光L1不同的波长，导致臭氧中所需同位素体解离成氧。
在第二氧同位素浓缩单元122中，通过例如低温蒸馏的分离工序，将从第二臭氧光解离单元121输送到第二氧同位素浓缩单元122中的稀有气体-臭氧-氧混合气体分离成氧OC2和稀有气体-臭氧混合气体OR2，而在氧OC2中含有所需氧同位素的氧是已经被浓缩的。通过将这种稀有气体-臭氧混合气体OR2输送到臭氧解毒单元123，对其进行解离和分解处理，导致形成由臭氧解离产生的氧和稀有气体组成的稀有气体-氧混合气体OR3，然后将该混合气体输送到稀有气体回收单元124中。
在稀有气体回收单元124中，进行分离氧和稀有气体的操作，并将从稀有气体-氧混合气体OR3中分离出的废氧WO排放到系统外部，而将分离出的稀有气体回收在上述稀有气体进料管线117中，然后循环并输送到从上述管线115输送的原料氧中。另外，由于在分离工序等中损失了部分稀有气体，所以从管线125补充预定量的稀有气体，以致于固定量的稀有气体在系统内循环。如此，通过循环使用稀有气体，可以降低成本。
在从臭氧形成单元111排出的稀有气体-臭氧-原料氧混合气体用的管线116中，提供类似于上述图4所示第二实施方案的稀有气体进料管线118，并且与臭氧一起通过臭氧分离单元112供应到臭氧光解离单元113的氪、氙和氩中至少一种可以从这条稀有气体进料管线118输送，或者可以输送氦、氖和氩中的至少一种，以改善臭氧分离单元112的操作。此处，由于从稀有气体进料管线118输送来的氦、氖或氩在臭氧分离单元112中原料氧侧浓缩，然后与循环原料氧RO一起通过管线126循环，这些气体的输送量与在通过管线126循环的稀有气体量达到固定量之后补充的损失量大致相等。
图6是显示本发明浓缩设备的第四实施方案的系统框图。该第四实施方案通过将选自氪、氙和氡的至少一种稀有气体RG从稀有气体进料管线119输送到臭氧分离单元112来混合臭氧。如此，通过在臭氧生成单元111的下游侧输送稀有气体，可以防止氙或氡在臭氧形成单元111中转化成不稳定的氧化物。此处，设备构造的其他方面与上述第三实施方案相同。
图7是显示本发明浓缩设备的第五实施方案的系统框图。该实施方案将选自氦、氖和氩的至少一种稀有气体KG在输送到氧同位素浓缩单元114之前输送到包含臭氧光解离单元113中形成的氧、来自管线131的未解离臭氧和稀有气体的混合气体中。如同在第三实施方案中，将来自稀有气体进料管线117的氪RG再循环并输送至其中。
因此，可以将臭氧解离产生的氧，未解离的臭氧，在系统内部循环的氪RG，以及由选自氦、氖和氩的至少一种组成的稀有气体KG以混合状态输送到氧同位素浓缩单元114中。在氧同位素浓缩单元114中，通过分离工序，例如低温蒸馏，将选自氦、氖和氩的至少一种稀有气体KG分离在高沸点的臭氧和氪中，并与低沸点的氧OC1一起排放。因此，尽管包含特定氧同位素的氧是以被稀有气体稀释状态获得的，但是由于与少量的高纯度氧相比，可以更容易地调节流速，因而处理变得更容易。此处，设备构造的其他方面和上述的第三实施方案相同。
类似地，尽管附图中未显示，但是可以在第二氧同位素浓缩单元122之前的阶段中，提供用于输送选自氦、氖和氩的至少一种稀有气体的管线。这与图6中所示的第四实施方案类似。
在本发明的第五实施方案中，用作原料的过氧化物是分子中含有“O-O”键的物质，并且是如下物质中的任何一种表3中所示化学式表示的各种有机过氧化物，亚硝酸酯例如ONOCH3，或者硝酸酯例如ON2OCH3。表3中，R和R’分别表示氢原子或烷基，且R和R’可以相同或不同。
表3 上述化合物每一种的键裂解能描述于The Chemical Record(第二版，Basic Chemistry Edition，The Chemical Society of Japan，1975年6月20日出版，第978页)的表4中。表4中，键裂解能的数值被表示为连字符“-”表示的那些键的数值。
表4

表5所示的数值是基于关系式1J/mol＝0.083593462cm-1，将表4中所示物质的键裂解能转换成波数和光的波长时获得的数值。
表5

如从表5可见，通过吸收可见光到近红外光范围内的光，这些化合物能够进行早期解离。即，可以使用发光波长在可见到近红外谱带中的半导体激光器作为光源，其实例包括InGaAsP、AlGaInP、GaAsSb、CdZnTe、CdZnSe、AlGaN和InGaN半导体激光器。
当关注-COO-O-键时，可以看出该键解离所需的波长为0.9-1.0μm。特别地，因为原料、反应产物等的低毒性，优选在本发明中使用在其分子中含有-COO-O-键的过酸和过氧酸，特别优选过乙酸(CH3COOOH)。这是因为该物质在其分子中含有-COO-O-键，光学吸收谱图包含C＝O键的振动模式，并且该物质可以通过用波长与C＝17O或C＝18O振动模式匹配的激光照射来解离。由于过乙酸除了C＝O键振动模式外还有O-H键振动模式，所以用波长和17O-H或18O-H匹配的激光照射可以选择性地降解它们。
在使用包含17O-H的氢过氧化物(ROOH)作为过氧化物的情况下，光解离反应变成如下面反应式(1a)至(1d)所示。而且，每个反应式中的黑点表示自由基。另外，尽管在如下解释中使用17O的实例作为氧同位素，该解释类似地适用于18O。
(1b)(1c)(1d)在反应式(1b)至(1d)中，由于形成大量的“RO·”和“ROO·”，优选通过用加溶溶剂，例如选自四氯化碳、丙酮、乙酸、己烷、甲苯和含氯氟烃的至少一种溶剂稀释过氧化物，来抑制这些反应。
含有17OR’的二烷基过氧化物情况下的光解离反应是用如下反应式(2)显示的。
含有17O-OH的过氧酸情况下的光解离反应是如下面反应式(3a)和(3b)所示的。
(3b)反应式(3b)中所示的反应是放热反应，据认为具有高反应可能性。另外，由于过酸和过氧酸在高浓度下容易被加热而解离，而且在某些情况下爆发式地自发降解，优选用如先前所述的溶剂进行稀释，以抑制自由基反应。
图8是显示本发明用于实施氧同位素浓缩方法的设备构造的一个实例的系统框图。这种氧同位素浓缩设备配备有净化器211，该净化器通过净化原料蒸气来除去杂质，原料蒸气中的过氧化物是用溶剂稀释的；光反应室212，该光反应室将特定波长的光照射经过净化的原料蒸气；冷阱213，该冷阱通过在冷却到低温的金属表面上冷凝或凝固而捕获已经完成在光反应室212中的光解离反应的蒸气；真空泵214，用于将上述光反应室212内部的压力降低到例如13kPa或更低的压力；以及蒸馏器215，用于分离上述冷阱213中捕获的各种组分。
用溶剂将充当原料的过氧化物稀释到合适的浓度，接着进行汽化并从管线221输送到净化器211中。在净化器211中，将在此净化器211中的原料过氧化物，例如已经除去了杂质和水的原料过氧化物，通过管线222输送到光反应室212中。作为在光反应室212中用特定波长的激光hv照射的结果，伴随着过氧化物分子中特定键的解离，该过氧化物经历反应式(1b)至(1d)的反应，特定的键例如在上述反应式(1a)中所示的包含17O-H的氢过氧化物(ROOH)中的RO-OH键。在该反应中，17O是以水分子形式浓缩的。
将包含其中17O被浓缩了的水分子的蒸气从光反应室212通过管线223输送到冷阱213中。用激冷器单元等将该冷阱213冷却到能够使金属表面捕获上述水分子的温度(例如-20到-5℃)。由于在此温度下冷凝或凝固的各种组分被激冷器单元的金属表面所捕获，没有冷凝或凝固的气体例如氧通过该冷阱213并在通过管线224后从真空泵214排放。
在该阶段，用阀门等将冷阱213和蒸馏器215之间的路径225封闭。
在合适数量的原料过氧化物被允许通过后，除了停止真空泵214外，用阀门等关闭冷阱213前后的管线223和224，并在打开管线225的阀门等之后，在大气压下将常温氮气从管线226输送到冷阱213中，并且除了将冷阱213内部的压力恢复到大气压以外，将其温度升高到常温，导致在金属表面上捕获的各种组分汽化，然后将它们从管线225输送到蒸馏器215中。在蒸馏器215中，对应于进入的蒸气组分而进行蒸馏工序，并且连同从管线227之一移走其中17O被浓缩了的水，将不必要的组分从其他管线排放出去。结果，获得其中17O被浓缩了的水作为最终产物。
即使在17O或18O浓缩在水分子以外的分子中的情况下，通过适当设置冷阱213的温度和蒸馏器215的操作条件，可以容易地将所需物质作为最终产物提取出来。另外，可以采用与其组成相对应的合适的净化单元用于净化方法，并且可以采用类似气相色谱的净化方法。
更具体而言，如下显示了这样的情况对于包含17O的过氧化物，使用(CH3)3COOH(过氧化氢叔丁基)这种典型的氢过氧化物ROOH，通过解离分子中的(CH3)3CO-17OH键而将17O在水分子中浓缩。从上述表5可见，照射激光的波长为0.731μm或更小。由于该波长谱带是可以使用InGaAsP半导体激光器的波长范围，通过精确匹配到能够解离17O的波长，可以依照上述反应式(1a)中所示的光解离反应解离包含17O的特定(CH3)3COOH。
在C2H5OOC2H5(过氧化二乙基)的情况下，过氧化二乙基是典型的二烷基过氧化物ROOR’，其中R和R’都是乙基，通过使用例如InGaAsP或InGaAs半导体激光器，照射波长短于0.905μm的激光，该激光与O-17O键或C-17O的振动模式匹配，可以如反应式(2-1a)所示地解离该化合物，同时指定包含氧同位素17O的C2H5OOC2H5。此处形成的自由基通过如下反应式(2-1b)至(2-1d)中所示的反应过程形成C2H5OH和CH3CHO，而且17O被浓缩在C2H5OH中。反应式(2-1b)至(2-1d)中的C2H5O也包括包含17O的自由基。
(2-1d)在CH3OOCH3(过氧化二甲基)，其中二烷基过氧化物的R和R’都是甲基的情况下，依照如下反应式(2-2a)至(2-2c)可以将17O浓缩在CH3OH中。
在(CH3)3COOC(CH3)3(dtBP过氧化二叔丁基)，其中二烷基过氧化物的R和R’都是叔丁基的情况下，通过使用短于0.772μm的波长的激光，该波长范围是InGaAsP半导体激光器的波长范围，该波长与O-17O键或C-17O的振动模式精确匹配，可以如反应式(2-3a)所示地解离该化合物，同时指定包含氧同位素17O的dtBP。
列出所有反应而忽略中间反应，得到如下反应式(2-3b-1)、(2-3b-2-1)和(2-3b-2-2)，并且将17O浓缩于丙酮中。此处，(2-3b-1)占产物的约90％。
如下面反应式(2-4a)和(2-4b)所示，在叔戊基乙基过氧化物的气相光解离中形成的叔戊氧基自由基以两条途径解离。此处形成的甲基自由基CH3·和乙基自由基C2H5·通过相互结合而稳定化。因此，17O被浓缩在丙酮或甲基乙基酮中。
在过乙酸，其中过氧酸RCOOOH(并且包括过酸)中的R是甲基的情况下，通过使用处于0.545-0.660μm可见光谱带的波长，该谱带是可以使用AlGaInP半导体激光器的波长范围，而该波长与17O-H键的振动模式精确匹配，可以将包含氧同位素17O的过乙酸依照上述反应式(3a)中所示的反应式选择性地解离。
此处，列出使用甲苯作为溶剂时的关于那些反应的所有反应，得到下反应式(3c)，并且氧同位素17O被浓缩于水分子中。但是，尽管由于与溶剂的元反应而形成H217O，但是在反应式(3c)中忽略了与该溶剂有关的产物。
在上述反应式(3c)中，y1、y2、y3和y4分别为约0.5、0.4、0.1和0.05，而y5和y6是痕量。除了上述甲苯外，可以使用含有双键的那些物质例如乙烯作为自由基捕获剂。
如上面所解释的，依照本发明，通过选择臭氧或过氧化物的光解离反应作为分离和浓缩氧同位素的手段，可以有效地浓缩17O和18O形式的稳定氧同位素。
用本发明方法浓缩的氧同位素17O和18O可用作化学和医学领域中的示踪剂。
权利要求
1.一种氧同位素浓缩方法，该方法包括(a)臭氧光解离步骤，其中将包含氧同位素17O和/或18O的臭氧分子选择性地光解离成氧分子，从而形成氧分子和未解离的臭氧分子的混合物；和(b)氧同位素浓缩步骤，其中将氧分子从混合物中分离出来，从而浓缩氧同位素。
2.一种氧同位素浓缩方法，该方法包括(A)臭氧形成步骤，其中从原料氧制造臭氧，从而形成所制造的臭氧和原料氧的混合物；(B)臭氧分离步骤，其中将所制造的臭氧从混合物中分离出来；(C)臭氧光解离步骤，其中将包含氧同位素17O和/或18O的臭氧分子选择性地光解离成氧分子；从而形成氧分子和未解离的臭氧分子的混合物；和(D)氧同位素浓缩步骤，其中将氧分子从步骤(C)中获得的混合物中分离出来，从而浓缩氧同位素。
3.依照权利要求2的氧同位素浓缩方法，该方法还包括(E)第二臭氧光解离步骤，其中将包含与步骤(D)中分离出来的氧同位素不同的氧同位素的未解离臭氧分子光解离成氧分子，从而产生氧分子和未解离臭氧分子的混合物；和(F)第二氧同位素浓缩步骤，其中将氧分子从步骤(E)中获得的混合物中分离出来，从而浓缩与步骤(D)中分离的氧同位素不同的氧同位素。
4.依照权利要求1的氧同位素浓缩方法，其中在步骤(a)中加入选自氪、氙和氡的至少一种稀有气体。
5.依照权利要求2的氧同位素浓缩方法，其中在步骤(B)中加入选自氪、氙和氡的至少一种稀有气体。
6.依照权利要求1或2的氧同位素浓缩方法，其中氧同位素浓缩步骤(b)或(D)是通过加入选自氦、氖和氩的至少一种稀有气体而进行的蒸馏。
7.依照权利要求2的氧同位素浓缩方法，其中在步骤(A)中将选自氦、氖、氩和氪的至少一种稀有气体加入到原料氧中。
8.依照权利要求7的氧同位素浓缩方法，该方法还包括(G)臭氧消除步骤，其中将步骤(D)后残余的未解离臭氧分子分解成氧分子，从而形成氧分子和稀有气体的混合物；和(H)稀有气体分离步骤，其中将稀有气体从步骤(G)中获得的混合物中分离出来；其中将步骤(H)中分离出来的稀有气体再循环用于步骤(A)中。
9.依照权利要求8的氧同位素浓缩方法，该方法在步骤(D)和(G)之间还包括如下步骤(E’)第二臭氧光解离步骤，其中将与步骤(C)中解离的臭氧同位素体分子不同的臭氧同位素体分子光解离成氧分子，从而产生氧分子和未解离臭氧分子的混合物；和(F’)第二氧同位素浓缩步骤，其中将步骤(E’)中获得的氧分子从步骤(E’)中产生的混合物中分离出来，从而浓缩所分离出的氧分子中的第二种氧同位素。
10.依照权利要求1至9任何一项的氧同位素浓缩方法，其中在臭氧光解离步骤(a)或(C)中使用的光是700-1000nm范围内的近红外光或者450-850nm范围内的可见光。
11.依照权利要求10的氧同位素浓缩方法，其中臭氧光解离步骤(a)或(C)中使用的光在991.965-992.457nm范围内。
12.依照权利要求1至11任何一项的氧同位素浓缩方法，其中通过在臭氧光解离步骤(a)或(C)中施加电场来调节臭氧的吸收波长。
13.依照权利要求1至12任何一项的氧同位素浓缩方法，其中在低温和低压下进行臭氧光解离步骤(a)或(C)。
14.一种氧同位素浓缩方法，其中将包含氧同位素17O和/或18O的过氧化物分子光解离；从而提高光反应产物中的氧同位素的浓度。
15.依照权利要求14的氧同位素浓缩方法，其中使用选自InGaAsP半导体激光器、AlGaInP半导体激光器、GaAsSb半导体激光器、CdZnTe半导体激光器、CdZnSe半导体激光器、AlGaN半导体激光器和InGaN半导体激光器的至少一种半导体激光器。
16.依照权利要求14的氧同位素浓缩方法，其中过氧化物是选自氢过氧化物、(二)烷基过氧化物、包括过酸的过氧酸、(二)酰基过氧化物、过氧化酯、过氧化碳酸酯、过氧化二碳酸酯、二过氧化碳酸酯、过草酸酯、环状过氧化物、臭氧化物和内过氧化物的至少一种有机过氧化物。
17.依照权利要求14的氧同位素浓缩方法，其中过氧化物是选自亚硝酸酯和硝酸酯的至少一种化合物。
18.依照权利要求14的氧同位素浓缩方法，其中用选自四氯化碳、丙酮、乙酸、己烷、甲苯和含氯氟烃的至少一种溶剂稀释过氧化物。
19.依照权利要求14的氧同位素浓缩方法，其中用含有双键的有机物来稀释过氧化物。
20.依照权利要求14的氧同位素浓缩方法，其中光解离是预光解离。
21.依照权利要求14的氧同位素浓缩方法，该方法还包括(I)汽化步骤，其中将通过用溶剂稀释含有O-H键、O-O键、C-O键或C＝O键的过氧化物而制备的溶液在减压条件下汽化，然后输送到光反应室中；(II)光解离步骤，其中将光反应室中的过氧化物用半导体激光器激光照射，该激光具有足以解离过氧化物的光子能，并且其波长和O-H键、O-O键、C-O键或C＝O键的吸收光谱中的一个相一致，从而光解离该过氧化物；和(III)步骤(II)的光反应产物的净化步骤，从而以一种分子种类形式浓缩17O或18O。
全文摘要
一种浓缩氧同位素方法，该方法包括用特定的光照射臭氧，从而选择性地分解包含氧同位素的臭氧，并且将通过臭氧分解形成的氧和未分解的臭氧分离，以浓缩所分离出的氧中的氧同位素。一种浓缩氧同位素的系统，该系统包括设备(11)，用于从原料氧形成臭氧；臭氧分离设备(12)，用于分离臭氧形成设备中形成的臭氧和原料氧；臭氧光解离设备(13)，用于用特定波长的光照射臭氧分离设备(12)分离出的臭氧，以选择性地分解分子中包含氧同位素的臭氧；以及氧分离设备，用于通过臭氧分解将臭氧光解离设备(13)中形成的氧和未分解的臭氧分离，从而浓缩氧中的氧同位素。这种方法可以用简单和便利的设备系统来实行稳定的氧同位素
文档编号B01J19/12GK1756586SQ20048000572
公开日2006年4月5日 申请日期2004年3月2日 优先权日2003年3月4日
发明者林田茂 申请人:大阳日酸株式会社